使用数字电位器来产生可调电压输出

本文介绍一款利用按钮式数字电位器简单高效地控制高达20 V电压的完整解决方案。这款完整的解决方案提供一种可调电源，可用于需要可调电压输出的各种应用。图1显示具有可变输出功率的相应开关稳压器，使用AD5116 数字电位器和具有集成式推挽输出级的 ADCMP371 比较器。通过添加开关，而不是按钮，可以使用微控制器来调节电压。

AD5116具有64个可用的游标位置，端到端电阻容差为±8%。此外，AD5116包含一个EEPROM来存储游标位置，可通过按钮手动设置。对于需要固定标准上电电压的应用，这个功能非常有用。

该电路由电压 V_IN供电，最高可达20 V。AD5116和ADCMP371的电源电压 V_DD 也可由 V_IN生成，例如，通过ADP121等稳压器。

图1.带可变输出、通过按钮控制的高压开关稳压器。

电路工作原理

输出电压 V_OUT 通过反馈网络的开关频率控制。通过分压器反馈到比较器，然后与数字电位器设置的基准电压进行比较。如果从 V_OUT 获取的电压高于基准电压，比较器输出切换到低电平，以阻隔NMOS晶体管T1和PMOS晶体管T2，从而降低 V_OUT。如果从 V_OUT 获取的电压低于基准电压，比较器输出切换到高电平，两个晶体管切换到导通状态（饱和），从而增加 V_OUT。通过这种基于比较的功能，晶体管在开启/关断模式下以短脉冲工作，使各晶体管保持低损耗。除电位器的输出电压外，开关频率还受 V_OUT的负载影响。

随着数模转换器(DAC)输出电压增高，T2关断的时间变长，比较器输出相应增高。比较器输出提供一系列更高频率、速度更快的正电源输出脉冲。如果DAC输出电压降低，则情况相反。

经过滤波的V_OUT 通过公式1确定。



V_W 为电位器抽头W处的DAC输出电压。

AD5116的A抽头和B抽头之间的电阻标称值为5 kΩ，划分为64级阶跃。在量程的较低端，典型游标电阻 R_W 降至45 Ω到70 Ω之间。相对于GND的 V_W 输出电压为：



其中 R_WB 为：



• R_WB是抽头W和较低端的GND之间的电阻值。
• R_AB 为电位器的总电阻。
• V_A为分压器串顶端的电压；在本例中，它等于 V_DD。
• D为AD5116的R_DAC寄存器中二进制代码的十进制等效值。

AD5116的R_DAC 寄存器通过按钮PD和PU进行控制。默认的上电位置（例如 V_OUT = 0 V）可以通过ASE引脚存储在电位器的EEPROM中。

滤波器输出：减少纹波

为了获得平稳的输出电压VOUT并减少开关T1和T2导致的纹波，需要使用额外的滤波器电路（参见图2）。在设计此滤波器时，需考虑AD5116的最大和最小开关频率，以及其工作电压范围。

对于图2所示的电路，开关频率范围约为1.8 Hz至500 Hz。因为这个值相当低，所以在确定滤波器的截止频率时，通常需要使用更大的R、L和C值。但是，滤波器的串联电阻和输出负载构成了一个分压器，会降低输出电压。所以，在选择R值时，应选择相对较低的值。

图2.用于使输出电压平稳的滤波器电路。

AD5116

• 标称电阻容差误差：±8%（最大值）
• 游标电流：±6 mA
• 可变电阻器模式下的温度系数：35 ppm/°C
• 低功耗：2.5 μA（最大值，2.7 V，125°C）
• 宽带宽：4 MHz（5 kΩ选项）
• 上电EEPROM刷新时间：< 50 μs
• 125°C时典型数据保留期：50年
• 100万写周期
• 2.3 V至5.5 V电源供电
• 内置自适应去抖器
• 宽工作温度范围：-40℃至+125℃
• 2 mm × 2 mm × 0.55 mm、8引脚超薄LFCSP封装